KR20200139878A - 차량용 열관리시스템 - Google Patents

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KR20200139878A
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오만주
정소라
김재웅
이상신
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현대자동차주식회사
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Abstract

고전압배터리코어와 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인; 실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 냉각수를 가열하는 수가열히터가 구비되고, 제2펌프가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내가열라인; 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점에 마련된 제1밸브에서 분기되어 각각 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점 및 하류지점에 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인; 및 팽창밸브, 실내공조용 냉각코어, 압축기 및 공냉컨덴서가 구비된 냉매라인;을 포함하는 차량용 열관리시스템이 소개된다.

Description

차량용 열관리시스템 {THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 열관리 분야에서 실내 공조 또는 전장부품의 냉각 또는 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하는 차량용 열관리시스템에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.
이런 전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
또한, 전기자동차는 내연기관처럼 별도의 엔진에서 연소시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 또한 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위해 웜업이 필요하므로, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다. 즉, 배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다. 다시 말하면, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리 모듈 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.
그러나 상기와 같은 방법으로 운영하는 경우 에너지를 효율적으로 관리하지 못하므로, 항속거리가 짧아 장거리 운행이 불가하며, 주행거리가 여름철 냉방시 30%, 겨울철 난방시 40% 이상 축소되어 내연기관에서 문제되지 않았던 겨울철 난방 문제가 더욱 심각해진다. 겨울철 난방 시 발생되는 문제점을 해소하기 위하여 고용량 PTC가 구비되는 경우 주행거리 단축 및 히트펌프의 사용으로 인한 원가 및 중량이 과다해지는 문제가 발생된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1448656 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량용 열관리 분야에서 실내 공조 또는 전장부품의 냉각 또는 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하는 차량용 열관리시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은,
고전압배터리코어와 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인; 실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 수가열히터가 구비되고, 제2펌프가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내가열라인; 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점에 마련된 제1밸브에서 분기되어 각각 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점 및 하류지점에 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인; 및 팽창밸브, 실내공조용 냉각코어, 압축기 및 공냉컨덴서가 구비된 냉매라인;을 포함할 수 있다.
냉매라인 중 압축기의 하류지점과 실내가열라인 중 수가열히터 상류지점은 수냉컨덴서를 통해 연결되며, 냉매라인과 실내가열라인은 수냉컨덴서를 통해 열교환되도록 연결될 수 있다.
전장부품코어와 연결되며, 제2라디에이터가 구비되고, 제3펌프에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인;을 더 포함할 수 있다.
일단이 냉매라인 중 실내공조용 냉각코어 상류지점에 연결되며, 타단이 냉매라인 중 실내공조용 냉각코어의 하류지점과 압축기 상류지점 사이에 연결된 냉매바이패스라인;을 더 포함하고, 일단이 전장부품라인 중 전장부품코어 하류지점에 연결되며, 타단이 제2밸브를 통해 전장부품라인 중 전장부품코어 상류지점에 연결된 제1냉각수바이패스라인;을 더 포함하고, 냉매바이패스라인과 제1냉각수바이패스라인은 칠러를 통해 연결되며, 냉매바이패스라인과 제1냉각수바이패스라인은 칠러를 통해 열교환되도록 연결될 수 있다.
고전압배터리코어를 승온시키는 제1모드인 경우,
제어부는 수가열히터 및 제1밸브 및 제2펌프를 제어함으로써 수가열히터를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인을 통해 고전압배터리코어로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인을 통해 실내가열라인으로 도입되도록 할 수 있다.
전장부품코어의 폐열을 회수하며 고전압배터리코어를 승온시키는 제2모드인 경우,
제어부는 압축기 및 수가열히터 및 제1밸브 및 제2밸브 및 제2펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제1냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 전장부품라인으로 도입되며, 공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고, 수냉컨덴서를 통과한 후 수가열히터를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인을 통해 고전압배터리코어로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인을 통해 실내가열라인으로 도입되도록 할 수 있다.
일단이 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점에 연결되며, 타단이 제3밸브를 통해 배터리라인 중 고전압배터리코어의 하류지점에 연결되고, 칠러와 연결됨으로써 제1냉각수바이패스라인 또는 냉매바이패스라인과 열교환되도록 연결된 제2냉각수바이패스라인;을 더 포함할 수 있다.
고전압배터리코어를 냉각시키는 제3모드인 경우,
제어부는 압축기 및 제3밸브 및 제1펌프를 제어함으로써 공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 고전압배터리코어로 도입되도록 할 수 있다.
전장부품코어 및 고전압배터리코어를 냉각시키는 제4모드인 경우,
제어부는 압축기 및 제1밸브 및 제2밸브 및 제3밸브 및 제1펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 고전압배터리코어로 도입되며, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제2라디에이터를 통과한 후 다시 전장부품코어로 도입되도록 할 수 있다.
차량의 외기를 이용하여 전장부품코어 및 고전압배터리코어를 냉각시키는 제5모드인 경우,
제어부는 제1밸브 및 제2밸브 및 제3밸브 및 제1펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 배터리라인과 전장부품라인에서 냉각수가 순환되도록 할 수 있다.
배터리라인 중 제1라디에이터가 제거되며, 배터리라인은 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러와 연결되며 제1펌프를 통해 냉각수가 순환될 수 있다.
제1배터리가열라인은 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점에 마련된 제1밸브에서 분기되어 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점에 연결되며, 제2배터리가열라인은 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점과 제1밸브의 상류지점 사이에서 분기되어 배터리라인 중 고전압배터리코어의 하류지점에 연결되며, 일단이 제4밸브를 통해 제2배터리가열라인에 연결되며, 타단이 제1배터리가열라인에 연결된 제3냉각수바이패스라인;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량용 열관리시스템에 따르면, 차량용 열관리 분야에서 실내 공조 또는 전장부품의 냉각 또는 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 나타낸 도면.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 냉각수 및 냉매의 순환을 나타낸 도면.
도 6 내지 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 나타낸 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 나타낸 도면이며, 도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 냉각수 및 냉매의 순환을 나타낸 도면이고, 도 6 내지 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명의 경우 제어부(200)가 마련된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부(200)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
그리고, 제어부(200)은 제1펌프(P1), 제2펌프(P2) 및 제3펌프(P3)의 동작을 제어하여, 각각의 펌프가 배치된 냉각수 라인 상에서 냉각수의 유통을 조절한다. 그리고, 제어부(200)은 냉매라인(50)의 압축기(53)의 동작을 제어하여 냉매라인(50) 상에서 냉매의 유통을 조절한다. 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)는 각각 제어부에 의해 제어되어 각각의 밸브가 연결된 냉각수라인을 선택적으로 연결하거나 유량을 제어하게 된다. 그리고, 각각의 밸브는 멀티웨이밸브로 마련된다. 그리고, 팽창밸브(51)는 고온, 고압의 냉매를 실내공조용 냉각코어(52)로 방출하는 밸브이며, 제1팽창밸브(51)는 고온, 고압의 냉매를 공냉컨덴서(54)로 방출하는 밸브이고, 제2팽창밸브(51)는 고온, 고압의 냉매를 칠러(C)로 방출하는 밸브이다.
도 1과 같이 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 고전압배터리코어(B)와 연결되며, 제1라디에이터(R1)가 구비되고, 제1펌프(P1)에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인(10); 실내공조용 가열코어(21)와 연결되며, 내부에 수가열히터(22)가 구비되고, 제2펌프(P2)가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내가열라인(20); 실내가열라인(20) 중 가열코어(21)의 하류지점에 마련된 제1밸브(V1)에서 분기되어 각각 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점 및 하류지점에 연결된 제1배터리가열라인(30) 및 제2배터리가열라인(40); 및 팽창밸브(51), 실내공조용 냉각코어(52), 압축기(53) 및 공냉컨덴서(54)가 구비된 냉매라인(50);을 포함한다.
본 발명에는 배터리라인(10)이 마련된다. 배터리라인(10)은 고전압배터리코어(B)와 연결된다. 그리고, 배터리라인(10) 상에는 제1라디에이터(R1)가 구비되며, 제1펌프(P1)에 의해 냉각수가 유통될 수 있다. 보다 상세하게는 배터리라인(10)에는 고전압배터리코어(B)가 구비되고, 고전압배터리코어(B)를 외기를 이용하여 냉각하기 위한 제1라디에이터(R1)가 구비된다. 그리고, 배터리라인(10) 상에는 제어부에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제1펌프(P1)가 구비된다. 이와 같은 고전압배터리코어(B)는 고전압배터리와 직접적으로 연결된 방열부일 수도 있고, 별도의 냉각수라인을 통해 고전압배터리와 간접적으로 연결된 방열부를 모두 포함하는 개념이다. 그리고, 제1라디에이터(R1)에서 차량의 외기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입됨으로써 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명에는 실내가열라인(20)이 마련된다. 실내가열라인(20)은 실내공조용 가열코어(21)와 연결된다. 그리고, 실내가열라인(20)에는 냉각수를 가열하는 수가열히터(22)가 구비된다. 그리고, 실내가열라인(20)에는 제어부에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제2펌프(P2)가 구비된다. 따라서, 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수가 실내공조용 가열코어(21)를 통과하는 공기와 열교환됨으로써 실내공조용 가열코어(21)를 지나 승온되어 차량의 실내공간으로 승온된 공기가 토출될 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명에는 제1배터리가열라인(30) 및 제2배터리가열라인(40)이 마련된다. 제1배터리가열라인(30)은 실내가열라인(20) 중 가열코어(21)의 하류지점에 마련된 제1밸브(V1)에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점에 연결된다. 그리고, 제2배터리가열라인(40)은 실내가열라인(20) 중 가열코어(21)의 하류지점에 마련된 제1밸브(V1)에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류지점에 연결된다. 따라서, 실내공조용 가열코어(21)를 통과한 냉각수는 제1배터리가열라인(30)을 통해 배터리라인(10)으로 도입된 후 고전압배터리코어(B)를 통과하며 고전압배터리코어(B)와 열교환되며, 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수는 제2배터리가열라인(40)을 통해 다시 배터리라인(10)으로 도입될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에는 냉매라인(50)이 구비된다. 냉매라인(50)은 팽창밸브(51), 실내공조용 냉각코어(52), 압축기(53) 및 공냉컨덴서(54)가 구비된다. 그리고, 냉매라인(50)에는 차량의 외기를 이용하여 냉매라인(50)의 냉매를 방열시키기 위한 공냉컨덴서(54)가 구비된다. 또한, 차량의 냉매라인(50) 상에서 제어부에 의해 압축기(53)가 작동됨으로써 냉매가 순환되고, 냉매는 실내공조용 냉각코어(52)를 지나는 공기와 열교환됨으로써 실내공조용 냉각코어(52)를 지나는 공기는 냉각되어 차량의 실내공간으로 냉각된 공기가 토출될 수 있는 것이다.
그리고, 도 1과 같이 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템의 경우, 냉매라인(50) 중 압축기(53)의 하류지점과 실내가열라인(20) 중 수가열히터(22) 상류지점은 수냉컨덴서(W)를 통해 연결되며, 냉매라인(50)과 실내가열라인(20)은 수냉컨덴서(W)를 통해 열교환되도록 연결될 수 있다. 즉, 냉매라인(50)과 실내가열라인(20)은 수냉컨덴서(W)를 통해 열적으로 연결되는 것이다. 따라서, 냉매라인(50) 상에서 압축기(53)를 통과하며 승온된 냉매와 실내가열라인(20)의 냉각수가 수냉컨덴서(W)에서 상호간에 열교환될 수 있는 것이다. 따라서, 냉매라인(50)의 냉매가 실내가열라인(20)의 냉각수를 승온시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 1과 같이 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 전장부품코어와 연결되며, 제2라디에이터(R2)가 구비되고, 제3펌프(P3)에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인(60);을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 전장부품코어는 전장부품 등과 직접적으로 연결된 방열부일 수도 있고, 별도의 냉각수라인을 통해 전장부품 등과 간접적으로 연결된 방열부를 모두 포함하는 개념이다. 그리고, 제어부에 의해 제어됨으로써 구동 및 정지가 제어되는 제3펌프(P3)를 통해 전장부품라인(60) 상에서 냉각수가 유통될 수 있는 것이다. 그리고, 전장부품라인(60)에는 제2라디에이터(R2)가 구비됨으로써 제2라디에이터(R2)를 통과하는 냉각수가 차량의 외기와 열교환됨으로써 냉각될 수 있다. 따라서, 제2라디에이터(R2)와 전장부품코어가 열교환되도록 전장부품라인(60)을 통해 연결되는 것이다.
또한, 도 1과 같이 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 일단이 냉매라인(50) 중 실내공조용 냉각코어(52) 상류지점에 연결되며, 타단이 냉매라인(50) 중 실내공조용 냉각코어(52)의 하류지점과 압축기(53) 상류지점 사이에 연결된 냉매바이패스라인(70);을 더 포함하고, 일단이 전장부품라인(60) 중 전장부품코어 하류지점에 연결되며, 타단이 제2밸브(V2)를 통해 전장부품라인(60) 중 전장부품코어 상류지점에 연결된 제1냉각수바이패스라인(80);을 더 포함하고, 냉매바이패스라인(70)과 제1냉각수바이패스라인(80)은 칠러(C)를 통해 연결되며, 냉매바이패스라인(70)과 제1냉각수바이패스라인(80)은 칠러(C)를 통해 열교환되도록 연결될 수 있다.
냉매바이패스라인(70)은 일단이 냉매라인(50) 중 실내공조용 냉각코어(52) 상류지점에 연결되며, 타단이 냉매라인(50) 중 실내공조용 냉각코어(52)의 하류지점과 압축기(53) 상류지점 사이에 연결된다. 그리고, 제1냉각수바이패스라인(80)은 일단이 전장부품라인(60) 중 전장부품코어 하류지점에 연결되며, 타단이 제2밸브(V2)를 통해 전장부품라인(60) 중 전장부품코어 상류지점에 연결된다. 한편, 도시된 바와 같이 냉매바이패스라인(70)과 제1냉각수바이패스라인(80)은 칠러(C)를 통해 연결되며, 냉매바이패스라인(70)과 제1냉각수바이패스라인(80)은 칠러(C)를 통해 열교환되도록 연결될 수 있다. 즉, 냉매바이패스라인(70)과 제1냉각수바이패스라인(80)이 칠러(C)를 통해 연결됨으로써 냉매바이패스라인(70)을 통과하는 냉매와 제1냉각수바이패스라인(80)을 통과하는 냉각수 상호간에 열적으로 연결되는 것이다.
한편, 고전압배터리코어(B)를 승온시키는 제1모드인 경우, 제어부는 수가열히터(22) 및 제1밸브(V1) 및 제2펌프(P2)를 제어함으로써 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인(30)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인(40)을 통해 실내가열라인(20)으로 도입되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어부는 수가열히터(22) 및 제1밸브(V1) 및 제1펌프(P1)를 제어한다. 제어부는 제2펌프(P2)를 제어함으로써 실내가열라인(20) 상에서 냉각수가 유통되도록 하며, 수가열히터(22)를 제어함으로써 실내가열라인(20) 상에서 냉각수가 승온될 수 있도록 한다. 즉, 수가열히터(22)가 동작됨으로써 수가열히터(22)를 통과하는 냉각수가 승온되는 것이다. 그리고, 제어부는 제1밸브(V1)를 제어함으로써 제1배터리가열라인(30)과 제2배터리가열라인(40) 상에서 냉각수가 유통되도록 한다. 따라서, 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수는 실내공조용 가열코어(21)를 통과한 뒤 제1배터리가열라인(30)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입되며, 고전압배터리코어(B)로 도입된 냉각수는 제2배터리가열라인(40)을 통해 다시 실내가열라인(20)으로 도입된 후 순환되는 것이다. 따라서, 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수가 고전압배터리코어(B)를 승온시킬 수 있게 되는 것이다. 한편, 이와 같은 경우 실내공조용 가열코어(21)를 이용하여 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출할 수도 있다. 결국, 제1모드인 경우 수가열히터(22)를 이용하여 고전압배터리코어(B)를 승온시킬 수 있으며, 필요한 경우 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출할 수 있는 것이다.
한편, 전장부품코어의 폐열을 회수하며 고전압배터리코어(B)를 승온시키는 제2모드인 경우, 제어부는 압축기(53) 및 수가열히터(22) 및 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 및 제2펌프(P2) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제1냉각수바이패스라인(80)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 전장부품라인(60)으로 도입되며, 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되고, 수냉컨덴서(W)를 통과한 후 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인(30)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인(40)을 통해 실내가열라인(20)으로 도입되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어부는 압축기(53) 및 수가열히터(22) 및 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 및 제2펌프(P2) 및 제3펌프(P3)를 제어한다. 그리고, 제어부는 제2밸브(V2) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제1냉각수바이패스라인(80)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 전장부품라인(60)으로 도입되도록 한다. 그리고, 제어부는 압축기(53)를 제어함으로써 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되도록 한다. 따라서, 전장부품코어의 폐열을 제1냉각수바이패스라인(80)을 통과하는 냉각수가 회수하며, 회수된 전장부품코어의 폐열은 칠러(C)를 통해 냉매바이패스라인(70)의 냉매와 열교환된다. 즉, 냉매바이패스라인(70)을 순환하는 냉매와 제1냉각수바이패스라인(80)을 순환하는 냉각수 상호간에 열교환이 이루어지게 되는 것이다. 또한, 제어부는 제1밸브(V1) 및 제2펌프(P2)를 제어함으로써 수냉컨덴서(W)를 통과한 후 수가열히터(22)를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인(30)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인(40)을 통해 실내가열라인(20)으로 도입되도록 할 수 있다. 따라서, 수냉컨덴서(W)를 통과하는 냉매와 수냉컨덴서(W)를 통과하는 냉각수 상호간에 열교환이 이루어지게 되는 것이다. 결국, 전장부품코어의 폐열을 회수하여 고전압배터리코어(B)로 전달되게 되는 것이다. 따라서, 차량의 열효율이 높아지는 장점이 있다. 한편, 이와 같은 경우 실내공조용 가열코어(21)를 이용하여 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출할 수도 있다. 결국, 제2모드인 경우 수가열히터(22)를 이용하여 고전압배터리코어(B)를 승온시킬 수 있으며, 전장부품코어의 폐열을 회수함으로써 차량의 열효율이 높아지고, 필요한 경우 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출할 수 있는 것이다.
한편, 도 1과 같이 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 일단이 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점에 연결되며, 타단이 제3밸브(V3)를 통해 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류지점에 연결되고, 칠러(C)와 연결됨으로써 제1냉각수바이패스라인(80) 또는 냉매바이패스라인(70)과 열교환되도록 연결된 제2냉각수바이패스라인(90);을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 경우 제2냉각수바이패스라인(90)이 마련된다. 도시된 것처럼 제2냉각수바이패스라인(90)은 일단이 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점에 연결되며, 타단이 제3밸브(V3)를 통해 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류지점에 연결된다. 그리고, 제2냉각수바이패스라인(90)은 칠러(C)와 연결된다. 따라서, 제2냉각수바이패스라인(90)은 제1냉각수바이패스라인(80) 또는 냉매바이패스라인(70)과 상호간에 열교환되도록 연결될 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 고전압배터리코어(B)를 냉각시키는 제3모드인 경우, 제어부는 압축기(53) 및 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1)를 제어함으로써 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되고, 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 고전압배터리코어(B)로 도입되도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부는 압축기(53)를 제어함으로써 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되도록 한다. 따라서, 공냉컨덴서(54)에서 차량의 외기를 이용하여 냉매가 냉각되도록 한 후 다시 수냉컨덴서(W)로 도입되도록 하는 것이다. 그리고, 제어부는 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1)를 제어함으로써 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 고전압배터리코어(B)로 도입되도록 할 수 있다. 따라서, 칠러(C)를 통과하는 냉매바이패스라인(70)의 냉매와 칠러(C)를 통과하는 제2냉각수바이패스라인(90)의 냉각수 상호간에 열교환되는 것이다. 결국, 칠러(C)를 통과하는 제2냉각수바이패스라인(90)의 냉각수가 냉각된 후 순환됨으로써 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있는 것이다. 한편, 이와 같은 경우 실내공조용 냉각코어(52)를 이용하여 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출할 수도 있다. 결국, 제3모드인 경우 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있으며, 필요한 경우 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출시키는 것도 가능한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 전장부품코어 및 고전압배터리코어(B)를 냉각시키는 제4모드인 경우, 제어부는 압축기(53) 및 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되고, 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 고전압배터리코어(B)로 도입되며, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제2라디에이터(R2)를 통과한 후 다시 전장부품코어로 도입되도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부는 압축기(53)를 제어함으로써 공냉컨덴서(54)를 통과한 냉매가 칠러(C)를 통과하여 수냉컨덴서(W)로 도입된 후 다시 공냉컨덴서(54)로 도입되도록 한다. 따라서, 공냉컨덴서(54)에서 차량의 외기를 이용하여 냉매가 냉각되도록 한 후 다시 수냉컨덴서(W)로 도입되도록 하는 것이다. 그리고, 제어부는 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1)를 제어함으로써 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)로 도입된 후 다시 고전압배터리코어(B)로 도입되도록 할 수 있다. 따라서, 칠러(C)를 통과하는 냉매바이패스라인(70)의 냉매와 칠러(C)를 통과하는 제2냉각수바이패스라인(90)의 냉각수 상호간에 열교환되는 것이다. 결국, 칠러(C)를 통과하는 제2냉각수바이패스라인(90)의 냉각수가 냉각된 후 순환됨으로써 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있는 것이다. 그리고, 제어부는 제2밸브(V2) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제2라디에이터(R2)를 통과한 후 다시 전장부품코어로 도입되도록 할 수 있다. 따라서, 전장부품코어의 폐열을 회수하여 승온된 냉각수는 제2라디에이터(R2)에서 방열됨으로써 전장부품코어를 냉각시킬 수 있는 것이다. 한편, 이와 같은 경우 실내공조용 냉각코어(52)를 이용하여 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출할 수도 있다. 결국, 제4모드인 경우 전장부품코어 및 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있으며, 필요한 경우 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출시키는 것도 가능한 것이다.
한편, 차량의 외기를 이용하여 전장부품코어 및 고전압배터리코어(B)를 냉각시키는 제5모드인 경우, 제어부는 제1밸브(V1) 및 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 배터리라인(10)과 전장부품라인(60)에서 냉각수가 순환되도록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어부는 제1밸브(V1) 및 제3밸브(V3) 및 제1펌프(P1)를 제어함으로써 배터리라인(10)에서 냉각수가 순환되도록 한다. 따라서, 고전압배터리코어(B)를 통과하며 고전압배터리코어(B)의 폐열을 회수한 냉각수가 제1라디에이터(R1)에서 방열됨으로써 다시 냉각되는 것이다. 그리고, 제어부는 제2밸브(V2) 및 제3펌프(P3)를 제어함으로써 전장부품라인(60)에서 냉각수가 순환되도록 한다. 따라서, 전장부품코어를 통과하며 전장부품코어의 폐열을 회수한 냉각수가 제2라디에이터(R2)에서 방열됨으로써 다시 냉각되는 것이다. 결국, 제5모드인 경우 차량의 외기를 이용하여 전장부품코어 및 고전압배터리코어(B)가 냉각되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 열관리시스템은, 도 5와 같이 차량의 실내공간으로 제습된 공기를 토출시키는 제6모드인 경우, 제어부는 압축기(53) 및 제1밸브(V1) 및 제1펌프(P1)를 제어함으로써 냉매라인(50)에서 냉매가 순환되도록 하며, 실내가열라인(20)에서 냉각수가 순환되도록 할 수 있다. 이 경우, 실내공조용 냉각코어(52)를 통과하는 공기는 온도가 낮아지며 제습된 후 실내공조용 가열코어(21)를 지나면서 승온됨으로써 차량의 실내공간으로 제습된 공기를 토출시킬 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 열관리시스템은, 도 6과 같이 배터리라인(10) 중 제1라디에이터(R1)가 제거되며, 배터리라인(10)은 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)와 연결되며 제1펌프(P1)를 통해 냉각수가 순환될 수 있다. 도시된 바와 같이, 배터리라인(10) 중 제1라디에이터(R1)가 제거됨으로써 배터리라인(10)은 제2냉각수바이패스라인(90)을 통해 칠러(C)와 연결된다. 그리고, 제1펌프(P1)를 통해 배터리라인(10) 및 제2냉각수바이패스라인(90)에서 냉각수가 순환될 수 있다. 이 경우, 제2라디에이터(R2)만을 사용한다고 하더라도 칠러(C)를 통해 고전압배터리코어(B)를 냉각시킬 수 있으므로 차량용 열관리시스템의 레이아웃 및 전체 중량이 감소되는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수가 온도의 변화에 따라 냉각수의 체적이 변할 경우를 대비하여 배터리라인 및 전장부품라인과 연결되도록 리저버탱크(R)가 마련될 수 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 열관리시스템은, 도 7과 같이 제1배터리가열라인(30)은 실내가열라인(20) 중 가열코어(21)의 하류지점에 마련된 제1밸브(V1)에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점에 연결되며, 제2배터리가열라인(40)은 실내가열라인(20) 중 가열코어(21)의 하류지점과 제1밸브(V1)의 상류지점 사이에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류지점에 연결되며, 일단이 제4밸브(V4)를 통해 제2배터리가열라인(40)에 연결되며, 타단이 제1배터리가열라인(30)에 연결된 제3냉각수바이패스라인(100);을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1밸브(V1)와 제4밸브(V4)는 3-웨이밸브가 적용됨으로써 4-웨이밸브를 대체할 수 있는 회로가 제공되는 것이다.
본 발명의 차량용 열관리시스템에 따르면, 차량용 열관리 분야에서 실내 공조 또는 전장부품의 냉각 또는 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리할 수 있다.
특히, 복수의 라디에이터를 효과적으로 분할 또는 통합하여 사용함으로써 냉난방 효율을 극대화하고, 열관리시스템이 통합됨으로써 냉매의 사용량을 현저히 축소시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 배터리라인
20 : 실내가열라인
21 : 실내공조용 가열코어
22 : 수가열히터
30 : 제1배터리가열라인
40 : 제2배터리가열라인
50 : 냉매라인
51 : 팽창밸브
52 : 실내공조용 냉각코어
53 : 압축기
54 : 공냉컨덴서
60 : 전장부품라인
70 : 냉매바이패스라인
80 : 제1냉각수바이패스라인
90 : 제2냉각수바이패스라인
100 : 제3냉각수바이패스라인
200 : 제어부
B : 고전압배터리코어
R1 : 제1라디에이터
R2 : 제2라디에이터
P1~P3 : 제1~3펌프
V1~V4 : 제1~4밸브
W : 수냉컨덴서
C : 칠러

Claims (12)

  1. 고전압배터리코어와 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인;
    실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 수가열히터가 구비되고, 제2펌프가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내가열라인;
    실내가열라인 중 가열코어의 하류지점에 마련된 제1밸브에서 분기되어 각각 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점 및 하류지점에 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인; 및
    팽창밸브, 실내공조용 냉각코어, 압축기 및 공냉컨덴서가 구비된 냉매라인;을 포함하는 차량용 열관리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉매라인 중 압축기의 하류지점과 실내가열라인 중 수가열히터 상류지점은 수냉컨덴서를 통해 연결되며, 냉매라인과 실내가열라인은 수냉컨덴서를 통해 열교환되도록 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    전장부품코어와 연결되며, 제2라디에이터가 구비되고, 제3펌프에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    일단이 냉매라인 중 실내공조용 냉각코어 상류지점에 연결되며, 타단이 냉매라인 중 실내공조용 냉각코어의 하류지점과 압축기 상류지점 사이에 연결된 냉매바이패스라인;을 더 포함하고,
    일단이 전장부품라인 중 전장부품코어 하류지점에 연결되며, 타단이 제2밸브를 통해 전장부품라인 중 전장부품코어 상류지점에 연결된 제1냉각수바이패스라인;을 더 포함하고,
    냉매바이패스라인과 제1냉각수바이패스라인은 칠러를 통해 연결되며, 냉매바이패스라인과 제1냉각수바이패스라인은 칠러를 통해 열교환되도록 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    고전압배터리코어를 승온시키는 제1모드인 경우,
    제어부는 수가열히터 및 제1밸브 및 제2펌프를 제어함으로써 수가열히터를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인을 통해 고전압배터리코어로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인을 통해 실내가열라인으로 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    전장부품코어의 폐열을 회수하며 고전압배터리코어를 승온시키는 제2모드인 경우,
    제어부는 압축기 및 수가열히터 및 제1밸브 및 제2밸브 및 제2펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제1냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 전장부품라인으로 도입되며,
    공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고,
    수냉컨덴서를 통과한 후 수가열히터를 통과하며 승온된 냉각수가 제1배터리가열라인을 통해 고전압배터리코어로 도입된 후 다시 제2배터리가열라인을 통해 실내가열라인으로 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    일단이 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점에 연결되며, 타단이 제3밸브를 통해 배터리라인 중 고전압배터리코어의 하류지점에 연결되고, 칠러와 연결됨으로써 제1냉각수바이패스라인 또는 냉매바이패스라인과 열교환되도록 연결된 제2냉각수바이패스라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    고전압배터리코어를 냉각시키는 제3모드인 경우,
    제어부는 압축기 및 제3밸브 및 제1펌프를 제어함으로써 공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고,
    고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 고전압배터리코어로 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    전장부품코어 및 고전압배터리코어를 냉각시키는 제4모드인 경우,
    제어부는 압축기 및 제1밸브 및 제2밸브 및 제3밸브 및 제1펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 공냉컨덴서를 통과한 냉매가 칠러를 통과하여 수냉컨덴서로 도입된 후 다시 공냉컨덴서로 도입되고,
    고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러로 도입된 후 다시 고전압배터리코어로 도입되며,
    전장부품코어를 통과한 냉각수가 제2라디에이터를 통과한 후 다시 전장부품코어로 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    차량의 외기를 이용하여 전장부품코어 및 고전압배터리코어를 냉각시키는 제5모드인 경우,
    제어부는 제1밸브 및 제2밸브 및 제3밸브 및 제1펌프 및 제3펌프를 제어함으로써 배터리라인과 전장부품라인에서 냉각수가 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    배터리라인 중 제1라디에이터가 제거되며, 배터리라인은 제2냉각수바이패스라인을 통해 칠러와 연결되며 제1펌프를 통해 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    제1배터리가열라인은 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점에 마련된 제1밸브에서 분기되어 배터리라인 중 고전압배터리코어의 상류지점에 연결되며,
    제2배터리가열라인은 실내가열라인 중 가열코어의 하류지점과 제1밸브의 상류지점 사이에서 분기되어 배터리라인 중 고전압배터리코어의 하류지점에 연결되며,
    일단이 제4밸브를 통해 제2배터리가열라인에 연결되며, 타단이 제1배터리가열라인에 연결된 제3냉각수바이패스라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리시스템.
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